Fotokatalyyttinen vedenpuhdistus

Tarvikkeet

Reagenssit:

• Metyylisininen
• Titaanioksidi
• Ionivaihdettu vesi

Muut tarvikkeet:

• UV-lamppu
• Spektrometri ja kyvettejä
• Ruiskuja ja filttereitä
• Hissejä
• Magneettisekoittaja ja magneetti
• Vaaka
• Punnitusalusta
• Lusikka
• Suppilo
• 100 ml dekantterilasi
• 50 ml mittalasi
• 1000 ml mittapullo tai muu sopiva mitta-asteikollinen astia

Työturvallisuus / Huomiota ohjaajalle

Metyylisininen on ärsyttävä kemikaali. Titaanioksidi on syövyttävä. Työssä syntyvät jätteet tulee lajitella raskasmetallijätteeseen

Pohdittavaksi ennen työtä

• Mitä tiedät jäteveden vedenpuhdistuksesta? Voit kertoa esimerkiksi puhdistuksen eri vaiheita tai miksi vettä puhdistetaan.
• Mitä ovat fotokatalyytit?
• Mitä absorbanssi tarkoittaa ja mitä absorbanssin suuruudesta saadaan selville?

Tausta

Maapallolla puhtaasta vedestä on pulaa monilla alueilla ja jätevedet saastuttavat ympäristöä. Populaation kasvaessa myös veden tarve ja tuotetun jäteveden määrä nousevat. Tarvitaan siis jatkuvasti tehokkaampia menetelmiä veden puhdistamiseen. Fotokatalyyttinen vedenpuhdistus on yksi kehitteillä olevista vedenpuhdistusmuodoista. Jo pelkän UV-valon sekä voimakkaan näkyvän valon on todettu puhdistavan vettä luonnostaan. Tätä prosessia on mahdollista tehostaa fotokatalyyttien avulla. Työssä tutustutaan fotokatalyyttisen vedenpuhdistuksen menetelmään. Työssä käytetään metyylisinistä kuvaamaan mahdollisia jätteitä vedessä.

Kokeellinen osio / Työn suoritus

Liuoksen valmistus koko ryhmälle:

Valmistetaan metyylisinisestä 50 ppm liuos. Koska 50 ppm on pieni pitoisuus, joudutaan liuosta valmistamaan enemmän kuin yhteen työhön tarvitaan, jotta tarvittava massa on mahdollista punnita. Liuoksen valmistuksen ei tarvitse olla täysin tarkkaa, eikä liuosta ole välttämätöntä valmistaa mittapullossa.

Punnitse 0,05 g metyylisinistä punnitusalustalle ja siirrä se 1000 ml:n mittapulloon (tai muuhun sopivan kokoiseen astiaan). Lisää pieni määrä vettä ja liuota metyylisininen. Huuhtele vedellä punnitusalusta ja mahdollisesti käytettävä suppilo. Täytä mittapullo (tai muu käytetty astia) vedellä 1000 ml merkkiin asti.

Työn suoritus:

1. Kokoa koejärjestely seuraavasti:

• Leikkaa mustista jätesäkeistä sopivan kokoiset palat ja peitä vetokaapin ulkoseinät niillä.
• Aseta vetokaappiin kaksi hissiä. Aseta toisen hissin päälle UV-lamppu ja toisen päälle magneettisekoittaja (katso alla oleva kuva 1).

2. Mittaa mittalasilla 50 ml metyylisinisen 50 ppm vesiliuosta 100 ml dekantterilasiin

3. Ota ruiskuun noin 2 ml liuosta dekantterilasista. Aseta ruiskun päähän filtteri ja suodata liuos kyvettiin. Mittaa absorbanssi 600 nm aallonpituudella

4. Lisää dekantterilasiin magneetti, siirrä dekantterilasi magneettisekoittajan päälle ja aloita sekoitus

5. Punnitse punnitusalustalle 0,05 g TiO2:ta ja lisää se sekoittuvaan liuokseen.

6. Anna liuoksen sekoittua noin yhden minuutin ajan ja ota tämän jälkeen uusi näyte (noin 2 ml) uudella ruiskulla ja suodata se uuteen kyvettiin filtterin läpi. Voit käyttää samaa filtteriä niin kauan kuin suodatus sen läpi onnistuu. Mittaa absorbanssi 600 nm aallonpituudella.

7. Laita UV-lamppu päälle ja kohdista se mahdollisimman lähelle liuosta. Sulje vetokaappi ja anna liuoksen sekoittua UV-lampun alla 5 minuuttia.

8. 5 minuutin kuluttua, ota dekantterilasissa olevasta liuoksesta uudella ruiskulla 2 ml näyte. Suodata näyte filtterin läpi puhtaaseen kyvettiin ja mittaa absorbanssi 600 nm aallonpituudella

9. Toista kohta 8. 10 min, 15 min ja 30 min kuluttua UV-valaisun aloittamisesta. Muista sulkea vetokaappi näytteenottojen jälkeen.

10. Piirrä mittaustuloksista käyrä: metyylisinisen absorbanssi ajan funktiona.

Pohdinta työn jälkeen

• Millä tavoin metyylisinistä poistuu vedestä?
• Miksi absorbanssi mitataan 600 nm aallonpituudelta?
• Miksi liuos suodatetaan filtterillä ennen sen absorptiospektrin mittaamista?
• Miksi vetokaappi vuorattiin jätesäkeillä?
• Mitä vedelle täytyisi vielä tehdä, ennen kuin se olisi juomakelpoista?

Lisätietoja

Työssä käytetään useampaa vedenpuhdistusmenetelmää samanaikaisesti: Titaanioksidi hajottaa metyylisinistä fotokatalyyttisesti sekä absorboi sitä. Mitä suurempi määrä katalyyttiä lisätään liuoksen sekaan, sitä suurempi osa metyylisinisen häviämisestä on absorptiosta johtuvaa. Työssä on tärkeä huomioida se, että eri UV-lamput tuottavat UV-valoa eri intensiteeteillä. Suurempi intensiteetti saa aikaan nopeamman reaktion.